热力学第一定律。zq(北邮)
热力学第一定律
热力学第一定律热力学是一门研究能量转换与传递规律的学科，它主要研究热现象与其他物理现象之间的相互关系。
热力学第一定律，也称作能量守恒定律，是热力学的基本原理之一。
本文将介绍热力学第一定律的基本概念和应用。
一、热力学第一定律的概念热力学第一定律是能量守恒定律在热学领域的表述。
它指出：在一个孤立系统中，总能量的变化等于系统所接受的热量与所做的功之和。
这个定律可以用以下公式表示：ΔE = Q - W其中，ΔE表示系统内能的变化，Q表示系统所接受的热量，W表示系统所做的功。
二、热力学第一定律的应用1. 热力学循环热力学循环是指一系列经历几个步骤的热能转换过程，最后回到初始状态的过程。
根据热力学第一定律，一个理想的热力学循环的净输入输出功为零，即总输入热量等于总输出功。
这一定律被广泛应用于热能转换设备的设计和研究中。
2. 热机效率热机效率是衡量热能转化的性能指标，是指输出功与输入热量之比。
根据热力学第一定律，对于一个正循环热机，其效率可以通过以下公式计算：η = 1 - Qc / Qh其中，η表示热机效率，Qc表示效率造成的能量损失，Qh表示输入的热量。
3. 热力学过程热力学过程是一个系统经历的状态变化过程，根据热力学第一定律，对于一个孤立系统来说，其内能的变化等于系统所接受的热量和所做的功之和。
这一定律不仅适用于准静态过程，也适用于非准静态过程，为热力学过程的分析提供了基础。
4. 热力学平衡热力学平衡是指在一个封闭系统中，各部分之间没有能量的净交换，即系统内外没有能量的流动。
根据热力学第一定律，当一个系统达到热力学平衡时，系统内能的变化为零，即ΔE = 0。
热力学平衡在热力学研究中起着重要的作用。
三、总结热力学第一定律是热力学的基本原理之一，它描述了系统能量转换与传递的规律。
在热力学循环、热机效率、热力学过程和热力学平衡等方面都有广泛的应用。
热力学第一定律的核心是能量守恒定律，对于热学领域的研究具有重要意义。
物理学中的热力学第一定律
物理学中的热力学第一定律热力学是物理学中一个重要的分支领域，主要研究物质的热力学性质和能量转换规律。
热力学第一定律是热力学中最基本的定律之一，也被称为能量守恒定律。
本文将介绍热力学第一定律的基本概念和应用。
一、热力学第一定律的基本概念热力学第一定律是关于能量转化和守恒的重要规律。
它表明在任何一个封闭系统中，能量的总增量等于系统对外做功与系统吸收的热量之和。
简单来说，能量不可能从“无中生有”，也不可能消失于“无中”。
能量只能从一种形式转化为另一种形式，其总量保持不变。
二、能量转化的过程热力学第一定律指出能量的转化过程，主要包括以下几个方面：1. 系统吸收热量，增加内能：当一个系统吸收热量时，其内能会增加。
内能是系统微观粒子热运动的总和，吸收热量会增强粒子的热运动。
2. 系统对外做功，减少内能：当一个系统对外做功时，它的内能会减少。
系统通过对外界施加力或移动物体来做功，从而减少内能。
3. 热传递与能量转化：能量可以通过热传递的方式在物体之间转化。
热传递是指热从高温物体传递到低温物体的过程，高温物体的内能减少，而低温物体的内能增加。
三、热力学第一定律的数学表达热力学第一定律可以用数学公式来表示。
假设一个系统在某一时刻的内能为U，同时对外做功为W，吸收的热量为Q，则热力学第一定律可以表示为：△U = Q - W其中，△U表示内能的增量。
根据定义，内能的增量等于内能的终值减去内能的初值。
若系统对外做正功，则W为正；若系统吸收的热量为正，则Q为正。
四、热力学第一定律的应用热力学第一定律在各个领域都有广泛应用，以下以几个典型的应用为例进行介绍。
1. 热机工作原理：热力学第一定律揭示了热机的工作原理。
热机根据能量转化的规律，将热能转化为机械能，如汽车发动机、蒸汽机等。
2. 热传导：热力学第一定律在研究传热问题中具有重要意义。
根据热传导定律，热量会自热量高的物体传递到热量低的物体，热力学第一定律可以解释热传导现象的能量转换。
热力学第一定律及重要公式
t2
t1
h
cpdt
cpdt
cpdt
cpm
t2 0
t2
cpm
t1 0
t1
t1
0
0
• 1、工质的质量为m，流速为c，离基准面的高度 为z，请写出该质量的能量E的表达式。当这部分 质量跨越边界后，随质量交换面交换的能量是多 少?请写出该质量流的能量Ef的表达式。
• 2、一个门窗开着的房间，若室内空气的压力不变 而温度升高了，则室内空气的总热力学能发生了 怎样的变化?室内空气的比热力学能随温度升高发 生了怎样的变化？空气为理想气体，定容比热为 常数。
由泵风机等提供
思考：与其它功区别
四、焓
❖焓的定义式： 焓=内能+流动功
对于m千克工质：H U pV
对于1千克工质： h=u+ p v
❖焓的物理意义：
1．对流动工质(开口系统)，表示沿流动方向传递 的总能量中，取决于热力状态的那部分能量.
2 对不流动工质(闭口系统)，焓只是一个复合 状态参数
思考：特别的对理想气体 h= f (T)
时间而变； （3）各流通截面上工质的质量流量相等，且不随时
间而改变。
3.轴功：通过机械轴和外界交换的功称为轴功，用Ws表 示。
进入系统的能量：
Q m(h1
c12 2
gz1 )
离开系统的能量：
Ws
m(h2
c22 2
gz2 )
由于是稳定流动，系统储存能的变化量为0。代入 能量平衡方程式，可得开口系统稳定流动能量方程：
工程上常用流率
•
Q
lim
0
Q
•
m
lim
0
m
热力学第一定律 课件
一、热力学第一定律
1.一个物体，它既没有吸收热量也没有 放出热量，那么：
①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能 如何变化？变化了多少？
②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它 的内能如何变化？变化了多少？
2.一个物体，如果外界既没有对物体 做功，物体也没有对外界做功，那么：
①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如 何变化？变化了多少？
②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变 化？变化了多少？
3.如果物体在跟外界同时发 生做功和热传递的过程中， 内能的变化ΔU与热量Ｑ及 做的功Ｗ之间又有什么关系 呢？
1.一个物体，如果它既没有 吸收热量也没有放出热量， 那么，外界对它做多少功， 它的内能就增加多少；物 体对外界做多少功，它的 内能就减少多少.
四、能量守恒定律
演示柴油机的工作过程
用热力学第一定律解释柴油机正常工 作时压燃的原理
能活量塞既压不缩会气凭体空，产活生塞对，气也体不做会功凭，空由消于 失时，间很它短只，能散从热一可种以形不式计转，机化械为能另转一化种为 形体气可；式体“的点在，内燃转或能”化者，柴和从温油转一度。移个升过物高程体，中转达到其移柴总到油量别燃不的点变物，， 这就是能量守恒定律.
六、总结 1、热力学第一定律： ΔU = W + Q 2、能量守恒定律：
能量既不会凭空产生，也不会凭空消 失，它只能从一种形式转化为另一种 形式，或者从一个物体转移到别的物 体；在转化和转移过程中其总量不变， 这就是能量守恒定律.
五、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源 源不断地对外做功，这种机器叫永动 机.人们把这种不消耗能量的永动机叫 第一类永动机.（不吃草的马）
P68图10.3-1
根据能量守恒定律，任何一部机器，
2.2热力学第一定律
3.焦耳实验 3.焦耳实验
将两个容量相等的容器，放在水浴中， 将两个容量相等的容器，放在水浴中， 左球充满气体，右球为真空。打开活塞， 左球充满气体，右球为真空。打开活塞， 气体由左球冲入右球，达平衡。 气体由左球冲入右球，达平衡。
焦耳实验的讨论， 焦耳实验的讨论，理想气体的热力学能 •水温未变，dT=0，δQ = 0 ；气体由 球向 水温未变， 气体由B球向 水温未变 ， A球自由膨胀， = 0 ；因此，dU=0。 球自由膨胀， 因此， 球自由膨胀 δW 。
§2.2 热力学第一定律
1.热力学第一定律 热力学第一定律
是能量守恒定律在热现象领域内的特殊形式，说明热 能量守恒定律在热现象领域内的特殊形式， 在热现象领域内的特殊形式 力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。 力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。 也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。 也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。 第一定律是人类经验的总结。 第一定律是人类经验的总结 第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine) 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能量， 却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机，它 显然与能量守恒定律矛盾。历史上曾一度热衷于制 造这种机器，均以失败告终，也就证明了能量守恒 定律的正确性。
∂U ∂U ) = 0 ( ∂V T
∂U ∂U ( )T = 0 ∂p
U = f (T )
2.封闭系统热力学第一定律的数学形式 2.封闭系统热力学第一定律的数学形式
∆U = Q + W
对微小变化： dU =δQ +δW 对微小变化 因为热力学能是状态函数， 因为热力学能是状态函数，数学上具有全微 分性质， 表示； 分性质，微小变化可用dU 表示；Q 和W 不是状态 表示，以示区别。 函数， 函数，微小变化用δ表示，以示区别。
热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本原理之一，也被称为能量守恒定律。
它描述了能量的转化和守恒，对于揭示物质的能量变化和热力学性质具有重要的意义。
本文将深入探讨热力学第一定律的概念、原理和应用。
热力学第一定律的概念热力学第一定律是由英国物理学家焦耳在19世纪提出的。
它可以简洁地表述为能量守恒定律，即能量既不能被创造也不能被摧毁，只能在不同形式之间转化。
这意味着一个封闭系统中的能量总量是恒定的，能量既不能消失也不能产生。
当一个系统经历能量的转化时，其总能量保持不变，只是能量的形式和分布发生改变。
热力学第一定律的原理热力学第一定律的原理可以通过以下公式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内部能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
这个公式表明，系统内部能量的变化等于系统吸收的热量与系统对外做的功之间的差值。
当系统吸热时，ΔU为正，系统内部能量增加；当系统放热时，ΔU为负，系统内部能量减少；当系统对外做功时，ΔU 为负，系统内部能量减少；当系统由外界做功时，ΔU为正，系统内部能量增加。
热力学第一定律的应用热力学第一定律在工程和科学领域有着广泛的应用。
下面将介绍热力学第一定律的几个重要应用。
1. 热机效率计算热力学第一定律在热机效率计算中起着重要的作用。
热机的效率是指能够转化为有效功的热量与燃料能量之间的比例。
通过热力学第一定律的应用，我们可以计算出热机的效率，从而评估其性能。
2. 平衡热量计算在热平衡过程中，热力学第一定律可以用于计算平衡热量。
平衡热量是指系统从一个状态到另一个状态的过程中吸收或释放的热量。
通过应用热力学第一定律，我们可以计算系统在不同温度下的平衡热量，并进一步了解能量转化过程。
3. 定常流动计算在工程领域中，很多设备和系统都涉及流体的流动。
热力学第一定律可以用于定常流动过程的计算。
这种定常流动的例子包括空调系统、燃料电池、蒸汽涡轮等。
通过应用热力学第一定律，我们可以计算能量损失和效率，从而优化系统性能。
热力学第一定律 课件
(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即 ΔU=0,则 W+Q=0 或 W=-Q,
外界对物体做的功等于物体放出的热量。
4.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0;
(2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。
为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能
量的总量保持不变。
2.意义
(1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、
光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对
提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等
能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量
的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保
持不变,它包括各个领域,其范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他
(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形
式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物
理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论
并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
外做功的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。
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热容量： 热容量： M C比 摩尔热容： 摩尔热容：
Cm=Mmol.c
（J⋅mol -1 ⋅ K-1) ⋅
一、 定容摩尔热容
CV dQ V = dT
等容过程， 摩尔 等容过程，1摩尔 物质温度升高1K 物质温度升高 时所吸收的热量
M QV = CV ( T2 − T1 ) M mol
Q＝∆内E＋A 系 外 系
界 传 给 统 热 量 能 增 量 统 对 外
包括热现象 的能量守恒
作 功
P、V、T 、 、
： 到的= 到的 的+ 的
dQ＝dE＋ dA
的
第一 能 动 现
7-3 气体的摩尔热容量 热容量： 热容量：
dQ C= dT
（J⋅K-1) ⋅
∆ (1) 计算传热： 计算传热： Q=∆E+A Q= MC比(T2-T1) (2)
P
Cp Cv
1
A
2
0
V
*四、 多方过程 四
气体的许多过程，既不是等值过程， 气体的许多过程，既不是等值过程，也不是 绝热过程，其压力和体积的关系满足： 绝热过程，其压力和体积的关系满足： PVn =常量 （n为多方指数） 为多方指数） 常量 为多方指数
n =1 — 等温过程； n = γ — 绝热过程； 等温过程； 绝热过程； n= 0 — 等压过程； n = ∞—等体过程 等压过程； 等体过程
−γ
.
(4)
P
γ－1
T
＝ const .
(5 )
说明： 说明：
）、（4）、 式称为绝热 （3）、（ ）、 式称为绝热 ）、（ ）、(5)式称为 方程，但式中的各常数不相同。 方程，但式中的各常数不相同。
热力学第一定律 课件
1．不同形式的能量之间可以相互转化． (1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机 械能，分子热运动对应内能等． (2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生 热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能 等．
2．能量守恒定律及意义． 各种不同形式的能之间相互转化时保持总量不变． 意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更 普遍，是 19 世纪自然科学的三大发现之一．
2．判断是否做功的方法． 一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积 是否变化． (1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0； (2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.
【典例 2】 一定量的理想气体在某一过程中，从外 界吸收热量 2.5×104 J，气体对外界做功 1.0×104 J，则 该理想气体的( )
1．对热力学第一定律的理解． (1)对ΔU＝W＋Q 的理解：做功和热传递都可以改变 内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程， 那么外界对系统所做的功 W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于系统内能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.
(2)对ΔU、Q、W 符号的规定． ①功 W：外界对系统做功，W>0，即 W 为正值； 系统对外界做功，W<0，即 W 为负值． ②热量 Q：系统吸热为正：Q>0； 系统放热为负：Q<0. ③内能变化：系统内能增加，ΔU>0，即ΔU 为正值； 系统内能减少，ΔU<0，即ΔU 为负值．
解析：根据太阳能的工作原理可知，太阳能热水器把 太阳能转化为内能，所以 A 正确；风力发电是通过电磁 感应将风能转化为电能，所以 B 正确；电风扇是将电能 转化为机械能，所以 C 正确；蜡烛燃烧是将化学能转化 为内能，所以 D 错误．本题选择错误的，故选 D.
热力学第一定律精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版热力学第一定律科技名词定义中文名称：热力学第一定律英文名称：first law of thermodynamics其他名称：能量守恒和转换定律定义：热力系内物质的能量可以传递，其形式可以转换，在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。
概述热力学第一定律热力学第一定律：△U=Q+W。
系统在过程中能量的变化关系英文翻译：the first law of thermodynamics简单解释在热力学中，系统发生变化时，设与环境之间交换的热为Q（吸热为正，放热为负），与环境交换的功为W（对外做功为负，外界对物体做功为正），可得热力学能（亦称内能）的变化为ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W物理中普遍使用第一种，而化学中通常是说系统对外做功，故会用后一种。
定义自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。
英文翻译：The first explicit statement of the first law of thermodynamics, byRudolf Clausiusin 1850, referred to cyclic thermodynamic processes "In all cases in which work is produced by the agency of heat, a quantity of heat is consumed which is proportional to the work done; and conversely,by the expenditure of an equal quantity of work an equal quantity of heat is produced."基本内容能量是永恒的，不会被制造出来，也不会被消灭。
热力学第一定律ppt课件
解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×103×0.1 J = 200 J
请你通过这个例子讨论总结功和热量取 正、负值的物理意义。
物理量
功W 热量Q 内能变化量ΔU
取正号（＋）的 取负号（－）的
意义
意义
外界对系统做功 系统对外界做功
系统吸热
系统放热
内能增加
内能减少
ΔU＝Q + W
ΔU＝－135J + －85J
ΔU＝－220J
气体内能减少了220J
练习
1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶 口越近水的温度越高。一开口向下、导 热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中 封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下 沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请 分析上浮过程中：
科学推理
单纯地对系统做功做功（绝热过程）：ΔU=W 单纯地对系统传热： ΔU＝Q 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能 的变化量就应该是：
ΔU＝Q+ W
归纳总结 热力学第一定律
ΔU＝Q+ W
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它 传递的热量与外界对它所做的功的和.
物理量 ΔU Q W
物理意义 内能的变化量 外界向系统传递的热量 外界对系统所做的功
（2）是小瓶内气体对外界做功？还是外 界对小瓶内气体做功？
小瓶上升过程中，瓶内气 体的温度逐渐升高，压强 逐渐减小，根据理想气体 状态方程
第一节 热力学第一定律
第一节热力学第一定律
一、热力学第一定律
热力学第一定律又称“平衡状态原理”，又称“达到热平衡状态的原则”，是物理学家拉瓦锡和开普勒于19世纪50年代提出的一个基本定律。
它指出，只要一个热系统达到热平衡的状态，它的物理量必定满足某种定律。
该定律可以用如下的数学表达式表示：
U=Q-W
其中，U表示可用热量，Q表示向系统中输入的热量，W表示从系统中放出的热量。
热力学第一定律可以用来定义热力学系统的热平衡状态，以及实现这种状态所需要采取的步骤。
热力学第一定律可以用来研究物理热系统中的热量在系统中的流动情况，从而为热工程领域的设计提供参考。
由于热力学第一定律只阐述了关于热量的流动情况，因此它只能认为热平衡是否能达到由热量的流动情况来决定，而不能推断系统中物理量是否已经达到平衡状态。
对物理量的平衡情况，则必须依赖其他的定律，例如力学和物理化学等定律。
- 1 -。
工程热力学—2 热力学第一定律
2 热力学第一定律2.1 热力学第一定律的内容2.1.1 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象上的应用。
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它指出：自然界中一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态；在能量的转变过程中，一定量的一种形态的能量总是确定地相应于另一种形态的能量，能的总量保持不变。
这一在现代看来非常明显，非常质朴的定律，是人类经过很长时期的生活和生产实践才认识的。
人类对热的本质的认识，从热素说发展到分子动理论，用了几千年。
1840～1851年间，经过迈耶、焦耳等人的努力，才确立了这一定律。
对于任何一个热力系统，热力学第一定律可以表达成：进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化（2－1）2.1.2热力学能（内能，internal energy）某一热力系统与外界进行功（W）和热量（Q）的交换时，将引起系统内贮存的全部能量––––总能量E的变化。
系统贮存的总能量包括：系统工质做宏观运动时的动能E K；系统工质在有势场（重力场、电磁场等等）中处于一定位置时具有的势能（位能）E P；和系统工质内部物质运动所具有的能量––––热力学能U。
（国家标准《量和单位》GB3100––93系列中规定物理量“内能”由“热力学能”取代，但相当多的一批学者认为这个规定有问题。
）Internal energy——内能，即内部贮存能，它的大小不需要系统外边的参照物，只由系统工质自身的性质来决定。
而动能和势能大小的确定必须有外部参照物做基准，所以动能和势能又称为外部贮存能。
热力学能是工质内部物质运动所具有的能量，工质内部物质运动形式有热运动、分子间相互作用、原子间作用（化学反应）、核子间作用等等①。
在工程热力学讨论范围内，一般不考虑原子间作用（化学反应）、核子间作用等等，所以关于热力学能我们仅仅考虑热运动和分子间相互作用的部分。
分子的热运动形成内动能。
热力学第一定律概述
热力学第一定律概述
热力学第一定律，即能量守恒与转换定律在热力学中的应用。
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它可以概述为：在自然界中一切物质都具有能量，能量既不能被消灭，也不能被创造，但可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量转化的过程中，能的总量保持不变。
将这一定律应用到涉及热现象的能量转换过程中，即是热力学第一定律，它可以表述为：热可以转变为功，功也可以转变成热：一定量的热消失时，必然伴随产生相应量的功：消耗一定的功时，必然产生与之对应量的热。
或者说：热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能，在它们的传递和转换过程中，总量保持不变。
当物体从外界吸收热量Q时，物体的内能应增加，增加的数值等于Q：当物体对外作功W时，物体的内能应减少，减少的数值等于W。
如果物体从外界吸收热量Q，同时又对外作功W，则物体内能的增加量应为△E=Q-W，通常写为Q=△E+W
式中：Q—物体从外界吸收的热量，单位为J；
△E—物体内能的增加量，单位为J：
W—物体对外作的功，单位为J。
上式表明：物体从物界吸收的热量，一部分使物体的内能增加，另一部分用于物体对外作功。
历史上，在资本主义发展初期有人曾幻想制造一种可以不消耗能量而连续做功的机器。
称“第一类永动机”，由于它违反热力学第一定律，就注定了其失败的命运。
因此热力学第一定律也可以表述为：第
一类永动机是不存在的。
热力学第一定律 课件
(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU； 解析 密封气体的压强 p＝p0－GS 密封气体对外做功W＝pS×0.1L 由热力学第一定律ΔU＝Q－W 得ΔU＝Q－0.1pபைடு நூலகம்SL＋0.1LG 答案 Q－0.1p0SL＋0.1LG
(2)最终的环境温度T. 解析 该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有 LTS0 ＝L＋0T.1LS 解得T＝1.1T0 答案 1.1T0
2.能量守恒定律及意义 各种不同形式的能之间相互转化或转移时能量的总量保 持不变. 意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍， 是19世纪自然科学的三大发现之一.
3.第一类永动机是不可能制成的 (1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一 类永动机.因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以 无一例外地归于失败. (2)永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积. 注意三种特殊过程的特点： 1.等温过程：内能不变，ΔU＝0 2.等容过程：体积不变，W＝0 3.绝热过程：Q＝0
例3 如图2所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质 量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活 塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物 体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0 图2 时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导 致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气 体吸收的热量为Q.求：
1.第一类永动机：人们把设想的不消耗 能量 的机器称为 第一类永动机. 2.第一类永动机由于违背了 能量守恒定律 ，所以不可能 制成.
例1 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J 的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空 气向外界传递的热量是多少？ 解析 选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一 定律有ΔU＝W＋Q. 由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得 Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.
什么是热力学第一定律及第二定律
什么是热力学第一定律及第二定律### 热力学的奥秘：第一定律与第二定律#### 1. 什么是热力学？热力学，这个听起来有点枯燥的学科，实际上就像是我们日常生活中的魔法书。
它告诉我们如何用简单的方法解释那些复杂的物理现象，比如为什么热水比冷水热，或者为什么冰融化成水。
简单来说，热力学就是研究能量转换和传递规律的科学。
#### 2. 热力学的第一定律是什么？第一定律，就像是一个老规矩，告诉我们能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转换为另一种形式。
想象一下，你手里有一个能量球，你不能把它变小，也不能把它变大，只能把它从一个口袋转移到另一个口袋。
这就是第一定律，它就像是我们的“能量守恒定律”，让我们明白，无论是太阳还是冰箱，能量都是有限的。
#### 3. 热力学的第二定律又是什么呢？第二定律，就像是我们生活中的一个谜题，告诉你有些事情是注定会发生的，不管你怎么努力。
想象一下，如果你试图把一滴水放在冰箱里冻成冰块，你会发现无论你怎么尝试，最后的结果总是水变成冰，而冰不会变成水。
这就是热力学的第二定律，它就像是我们生活中的“自然法则”，告诉我们有些事情是无法改变的。
#### 4. 热力学第一定律的应用实例？想象一下你在做饭的时候，你知道你需要加热水才能让它沸腾。
这就是第一定律的应用实例，你通过加热来增加水的热量，使其达到沸腾点。
在这个过程中，你并没有创造或销毁任何能量，只是改变了能量的形式。
#### 5. 热力学第二定律的应用实例？想象一下你在冬天想要快速地从室内走到室外。
你可能会想到打开暖气，让空气变暖。
但是，当你走出门外时，你会感觉到冷空气迎面扑来，这是因为你的身体在失去热量，这是第二定律的一个应用实例。
无论你怎么努力，你的身体都会失去热量，这就是自然的法则。
#### 6. 热力学第一定律和第二定律的区别？第一定律告诉我们能量守恒，第二定律告诉我们有些事情是无法改变的。
第一定律更像是一个基本的规律，而第二定律更像是一个更深层次的真理。
热力学第一定律
其中：
pV p2V2 p1V1
当 p1= p2 时，
pV p V
（ pV 不一定等于功）
凝聚态物质发生 pVT 变化，相变化和化学变化，通 常体积和压力变化不大，所以一般 ( pV )=0 。
26
4. QV = U, Qp= H 两关系式的意义
b c
理想气体的摩尔定压热容与压力无关。
压力变化对于凝聚态物质定压热容的影响非常 小，可以近似认为：
C p ,m C p ,m
33
因此，摩尔定压热容经常可表示仅为温度的函数：
C p ,m a bT cT
2 2
C p ,m a bT c' T
2.4.10 2.4.11
δQV dU
dV 0 ,δW' 0 2.3.1a 2.3.1b QV ΔU U 2 U1
23
2. 恒压热（Qp）：
定义：系统在恒压，且非体积功为零的过程中与环境 交换的热。 所谓恒压，指在整个过程中系统压力等 于环境压力，且始终不变。即 p = pamb = const 。
dU δQ δW δQ pambdV δW '
δQ p dU pamb dV dU psys dV dU d psysV dU pV
2.2.6b
定义：
H U pV
2.3.2
24
于是有：
或
3. 焓
Qp=dH (dp = 0，W’= 0）(2.3.3a) Qp=H2 – H1=H (2.3.3b)
V1 = 33.26 dm3
步骤 b1 pamb = p´ =100kPa p´ = 100 kPa, V´ = 49.89 dm3
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V2
V1
PdV
A PdV
V2 V1
P
A
PdV
功的大小等于 P～V 图上过程曲 线P=P(V)下的面 积。
0
V1
V1
V1
PdV
B
V2
V
功与过程的路 径有关。
三、热量Q （焦耳J）
系统与外界之间由于存在温度差而 传递的能量叫热量。
M QV CV ( T2 T1 ) M mol
M i E R( T2 T1 ) M mol 2
i CV R 2
M dE CV dT M mol
可见：Cv只与自由度i有关，与T无关。 对于理想气体：
M E CV T M mol
任何过程!!!
dQp dE PdV
P
2、在P-V图上的，循环过程是一条闭合曲线。 特征：内能不变。
0
V
二、热机与制冷机
P
顺时针循环（正循环） 系统对外作功为正。 热机 0
V
P
反时针循环（逆循环 ） 系统对外作功为负。
制冷机
0
V
锅炉 锅炉
高温T1
涡 轮 机
A2
泵
Q1
A1
Q1 A Q2
低温T2
冷凝器 冷凝器
Q2
热电厂水 循环过程
E 0
即 Q A
其中： Q Q1 Q 2
A A1 A2（净功）
效率
A Q2 1 Q1 Q1
Q1、Q2、A均表示数值大小。
Q1为 循环分过程吸取热量的总和。 Q2循环分过程放出热量的总和。
例：
吸热：
P
a
T1
Q1 Qab Qda
放热：
b d
T2
Q2 Qbc Qcd
300 ( 180K )1.41 12 10 3
例5： 若1mol刚性分子理想气体作等压膨 胀时作功为A，试证明： 气体分子平均动能的增量为
N A( 1 ) ， A
其中NA为阿伏伽德罗常数，为
P
Cp Cv
1
A
2
0
V
*四、 多方过程
气体的许多过程，既不是等值过程，也不是 绝热过程，其压力和体积的关系满足： PVn =常量 （n为多方指数）
V1
等压过程中，系统从外界吸热，一部 分用来增加气体内能，一部分用来对 外作功。
i i2 C P ( 1) R R 2 2
i CV R 2
1.33 多 原 子 CP i2 比热比： 1.40 双 原 子 CV i 1.67 单 原 子 （摩尔热容比）
dP P ( )T dV V dP P ( )A dV V
dP ( )T dV 1 0.714 dP ( )A dV
由
Cp Cv
Cv R Cv
R 1 1 Cv 20.8( Jm ol K ) 1
例3： 1mol理想气体的循环过程如PV图所示， 其中CA为绝热线，T1、V1、V2、四个 量均为已知量，则：
mol a
1
０ 22.4
c
b
44.8
V(l)
7-4
绝热过程
一、特征：dQ=0
二、任意 绝热过程的功：
M A E CV T M mol
无论过程是准静态 的还是非准静态的
三、准静态绝热过程的过程方程
M dA PdV dE CV dT M mol
(1)
M RT 理想气体状态方程 PV M mol
等温过程中，系统从外界吸热全部用 来对外作功。
M V2 M P1 QT AT RT ln RT ln M mol V1 M mol P2
例1： 有1mol理想气体 （1）a b等温(T=300K)，
（2）a c等容，然后c b等压， 分别计算A与Q。 P(atm) Vb M a 2 (1) Aab TR ln 解： M V
T2
六、卡诺制冷机
2 1：
M V2 Q1 RT1 ln M mol V1
p
1
4
Q1
2
4
3
T1
V3 M 3： Q2 M RT2 ln V mol 4
o
Q2 T 2
V1 V4 V2 V3
V
V3 V4 V2 V1
e卡诺
致冷系数：
T2 Q2 Q1 Q2 T1 T2
* 热量也是过程量。
7－2 热力学第一定律
法 卡诺，工程师，第一个把热与功联系 起来。（34岁）
德 迈耶，医生，第一个作出热功当量的 定量计算。（28岁） 英 德
焦耳，工业管理家，精确求出热功 当量的关系。（25岁） 赫姆霍兹，生理学家。多方面论证 了能量转化和守恒定律。（32岁）
一、内能E（焦耳J）
3.卡诺循环的效率总是小于1.
卡诺定理指出了提高热机效率的途径：
尽量的提高两热源的温度差。
P
1 T1 2
S1
0
4
T2
S2
V2
3 V3
V1 V 4
V
例1 如图所示的卡诺循环中， 证明：S1＝S2
五、制冷机
可使低温热源的温度更 低，达到制冷的目的。
A
T1 Q1 Q2
显然，吸热越多，外界 作功越少，表明制冷机效 能越好。 Q2 Q2 e 制冷系数： A Q1 Q2
开尔文
卡诺
克劳修斯
一、热力学系统：被研究的物体组（本 章：气体）。
二、功：宏观运动与分子无规则热运 动之间的转换。
三、热量：系统内外分子无规则热 运动之间的转换。
R 电源
本章对热力学系统，从能量观点出发， 以观察和实验为前提，分析、说明热力 学系统在状态变化过程中热、功转换
的关系和条件。
7－1
理想气体的热容与温度无关。这一 结论在低温时与实验值相符，在高温 时与实验值不符。
3、等温过程:
恒 温 热 源 Ｔ
T
QT P
（1）特征： T不变。 ∴ dE=0 （2）计算：
QT AT
P
０
V1
V2
V
AT PdV
V2 V1
M P1 M V2 RT ln AT RT ln P2 M mol V1 M mol
V1 V2
M mol
1、 等体过程： （1）特征： dV=0 ∴ dA=0
M i （2）计算： Q V E RT M mol 2
系统从外界吸收的热量全部用来增加气体内能。
2、等压过程
（1）特征： dP=0
（2）计算：
Q p E
V2
PdV
E P( V2 V1 )
A Q2 1 Q1 Q1
c V
0
例6： 320g氧气如图循环，设V2=2V1,求。
（其中T1=300K，T2=200K。）
解：
AB:
QAB 17280 J ) (
QBC 20775 J ) (
P 吸热
A
T1
B D
BC:
CD: DA:
放热
放热 吸热
QCD 11500 J ) (
对其微分得:
M RdT PdV VdP M mol
(2)
联立（1）、（2），得：
dP dV 0 P V
PV const . (3)
M 将 PV const .与 PV RT 联立得: M mol
V
－ 1
T＝const .
(4)
P
－ 1
T ＝const.
(5)
V c= Tc= Pc=
V2
V1 1 T1 ( ) V2
T1 R V1 1 ( ) V2 V2
P A
T1
T2
B
C
0
V1
V2
V
例4： 64g氧气，温度为300K，体积为3l，
（1）绝热膨胀到12l
（2）等温膨胀到12l，再等容冷却到同 一状态 P 试作PV图并分别计 a 算作功。 c V1 1 b T2 T1 ( ) 解： V2 0 V1 V2 V 3 3 10
P、V、T
对于元过程：
dQ＝dE＋dA
第一类永动机 不可能实现。
得到的=留下的+付出的
7-3 理想气体的摩尔热容量 等值过程的计算 热容量的定义： 传热公式：
dQ C dT
（JK-1)
dQ Mc比dT
c比 ：比热容 （JK-1 kg-1)
C = M c比
Cm=Mmol.c比 （Jmol -1 K-1)
准静态过程
体积功
一、准静态过程
系统所经历的中间态都无 限接近于平衡态。
热量 砂堆
气体 准静态过程
P-V图上一个点表示 一个平衡态；一条曲线表 示一个准静态过程。
二、准静态过程的体积功 当气体作准静态压缩
P
dl
Pe
S
活塞与汽缸无摩擦
或膨胀时，Pe=P
。
气体对外界所作的元功为：
dA PdV
A
dV 0 , 系统对外作正功；
QDA 20775 J ) (
T2
C
V1
V2
V
Q2 20775 11500 1 1 15.2% Q1 17280 20775
三、卡诺循环
1824年，卡诺（法国工程师）提出的 理想循环。 P A
T1
1、工质：理想气体 2、准静态过程。 两个等温过程， 两个绝热过程。